4. DESENVOLVIMENTO DO SOFTWARE
4.1 Estabilidade Visual
O software desenvolvido permite ao usuário analisar diferentes eventos de estabilidade transitória de sistemas de energia elétrica considerando o modelo clássico para análise de primeira oscilação e disponibiliza três sistemas teste a serem simulados:
x Sistema máquina versus barra infinita (MBI); x Sistema 3 barras: contendo 3 barras e 3 geradores; e x Sistema 9 barras: contendo 9 barras e 3 geradores.
A visualização gráfica em três dimensões aliada a dispositivos de animação virtual faz deste aplicativo uma ferramenta de apoio ao ensino extremamente interessante que atende as propostas da construção e interação do conhecimento e a elaboração de modelos sensoriais. A capacidade de alterar as características do sistema criando assim outras configurações e a possibilidade de representar visualmente fenômenos abstratos ou de difícil acesso asseguram esta condição.
A interface amigável oferecida aos usuários, alunos e professores de engenharia, para o ensino e aprendizagem de estabilidade de sistemas pode ser vista na Figura 18, onde na tela principal do programa, via menu, os dados do sistema o qual deseja simular são visualizados.
Além de informações adicionais também é oferecido, conforme mostra a Figura 19, um guia completo do usuário. Este manual desenvolvido em formato .hlp (arquivo help) contém dicas, formas de utilização e suporte a todo conteúdo teórico (necessário) relacionado aos sistemas elétricos de potência para a compreensão e solução de problemas de estabilidade transitória de sistemas de energia elétrica.
Ainda na tela principal há um menu com a opção de plataforma bilíngüe, onde toda configuração do software, respostas e demais elementos podem ser exibidos nos idiomas Português ou Inglês de acordo com a Figura 20.
Depois de escolhido o sistema desejado, deve-se selecionar um ponto para simular a falta, que se trata de um curto-circuito sólido trifásico. Dados do problema como impedância e reatância de transformador e linha de transmissão podem, também, ser alterados a critério do usuário o que possibilita a criação de diferentes sistemas e a introdução de outros conceitos educacionais como a influência da impedância nas linhas, o emprego de dispositivos FACTS (Flexible A.C. Transmission Systems) ou a adição de linhas paralelas como forma de melhorar a estabilidade do sistema. Um destaque em vermelho é dado ao barramento mais próximo à perturbação e um texto informativo é exibido indicando o trecho da ocorrência conforme visto na Figura 21.
Por fim definem-se os dados de simulação: duração da falta (tempo de abertura) e tempo final de simulação. A tela exibida na Figura 22 mostra a imagem do sistema simulado e o trecho eliminado. Oferece também acesso ao painel de opções, que permite visualizar as respostas numéricas, os gráficos com controles tridimensionais e as animações virtuais que demonstram o comportamento dinâmico dos rotores das máquinas na ocorrência da perturbação.
No painel de opções têm-se acesso a um editor de textos, Figura 23, inicialmente carregado com a resposta numérica do problema e os dados do caso simulado: sistema utilizado, duração da falta, tempo final de simulação, barra curto-circuitada e trecho eliminado. Este editor possui opções de salvar e efetuar alterações no arquivo conforme necessário.
Figura 23 – Editor de textos.
As demais opções acionam as respostas gráficas para ângulo (Figura 24), velocidade (Figura 25), tensões internas dos geradores (Figura 26) e tensões nas barras do sistema (Figura 27), sendo que os gráficos possuem teclas de zoom, deslocamento em quatro direções e controle tridimensional (Figura 28), além da possibilidade de salvar a imagem exibida.
Figura 24 – Ângulo x Tempo.
Figura 26 – Tensões internas dos geradores.
No sistema 9 barras o usuário seleciona quais barras deseja analisar (Figura 27):
Ao selecionar a opção 3D o usuário habilita a função de controle tridimensional e pode rotacionar ou elevar a imagem nos três eixos visualizando os gráficos da simulação por diversas perspectivas (Figura 28).
Ao acessar a opção “Ver animação” a tela demonstrada na Figura 29 é exibida. Neste momento o usuário executa a animação virtual que, conforme a análise obtida para a estabilidade do sistema selecionado e de acordo com a barra curto-circuitada, o trecho eliminado e o tempo de abertura, mostrará o comportamento dinâmico das máquinas que compõem o sistema. Uma barra com a progressão do tempo acompanha os vídeos que exibem a aceleração do grupo de máquinas no decorrer da falta. Ao final da simulação o status indica se houve ou não perda de sincronismo entre os geradores.
CÁPITULO 5
CONCLUSÕES
O dinamismo causado pela globalização seja nos seus impactos tecnológicos ou sociais rompeu barreiras e ocasionou o desenvolvimento exponencial de uma evolução até então linear, requerendo do engenheiro um perfil dotado de flexibilidade de pensamentos e novas habilidades. Faz-se necessário também que os cursos de engenharia incorporem esta realidade e formem cidadãos aptos à nova condição. Para acompanhar este processo as instituições de ensino não devem manter os mesmos paradigmas, precisam moldar-se a formar profissionais hábeis a tomar decisões, lidar com incertezas e possuir aptidões sociais, econômicas, políticas e ambientais.
Uma sólida formação conceitual fortificada em sua base científica torna-se condição necessária para que os cursos de engenharia alcancem o mais alto nível de preparação do indivíduo ao mercado de trabalho.
Para atingir este objetivo e primar pela excelência no ensino, a figura do professor assume grande responsabilidade no processo educacional e deve ser levado a refletir quanto à importância assumida por suas metodologias e postura como mestre.
Conhecer as características individuais dos diversos estilos de alunos; o sentido da aprendizagem, seus aspectos e divergências sob diferentes concepções de ensino; a importância da inovação tecnológica necessária para o estímulo e formação dos alunos que compõem o atual sistema; e os modelos mentais utilizados para compreensão e registro das
informações, oferecem ao professor condições iniciais para um melhor planejamento didático e adequação de diferentes metodologias pedagógicas quando necessário.
O software desenvolvido neste trabalho é considerado singular por possibilitar a alteração dos sistemas propostos e apresentar um conjunto de idéias que envolvem a simulação de sistemas máquina versus barra infinita e sistemas multimáquinas oferecendo recursos virtuais e tridimensionais para compreensão dos resultados.
Esta ferramenta atende as premissas atrativas da carência tecnológica requerida devido a vivência cada vez maior em ambientes dinâmicos; e da necessidade sensorial dos alunos de engenharia aliada com a habilidade humana em aprender a partir de imagens. Deste modo, este trabalho traz a idéia que modelos melhor elaborados podem ser produzidos e utilizados como ferramentas auxiliares pelo professor para que a condução da aprendizagem e o entendimento dos alunos ocorram de forma mais ampla e eficiente.
Em continuação a esta obra é sugerido para trabalhos futuros a ampliação dos sistemas envolvidos e o desenvolvimento de modelos mais complexos que permitam comparações entre os métodos, além de tornar disponível este aplicativo para simulações on-line o que viabiliza também o planejamento de um curso a distância nesta área do conhecimento.
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VIEIRA JUNIOR, NILTOM; COLVARA, L. D. A importância do professor conforme estilos de aprendizagem e modelos mentais. In: CONGRESSO BRASILEIRO DE ENSINO DE ENGENHARIA, 34, 2006, Passo Fundo. Anais... Passo Fundo: Associação Brasileira de Ensino de Engenharia, 2006. p. 1239-1250.
VIEIRA JUNIOR, NILTOM; COLVARA, L. D. O estudo da aprendizagem focado no desenvolvimento de modelos sensitivos. In: ASEE GLOBAL COLLOQUIUM ON
ENGINEERING EDUCATION, 5, 2006, Rio de Janeiro. Anais... Rio de Janeiro: American Society for Engineering Education, 2006. ref. GC 2006-330.
TRABALHOS PUBLICADOS
VIEIRA JUNIOR, NILTOM; COLVARA, L. D. A importância do professor conforme estilos de aprendizagem e modelos mentais. In: CONGRESSO BRASILEIRO DE ENSINO DE ENGENHARIA, 34, 2006, Passo Fundo. Anais... Passo Fundo: Associação Brasileira de Ensino de Engenharia, 2006. p. 1239-1250.
VIEIRA JUNIOR, NILTOM; COLVARA, L. D. O estudo da aprendizagem focado no desenvolvimento de modelos sensitivos. In: ASEE GLOBAL COLLOQUIUM ON
ENGINEERING EDUCATION, 5, 2006, Rio de Janeiro. Anais... Rio de Janeiro: American Society for Engineering Education, 2006. ref. GC 2006-330.
APÊNDICE A
Código para Resolução do Método Runge-Kutta de 4a. Ordem #include <stdlib.h>
#include <math.h> #include <stdio.h>
float dy(float, float, float); float dz(float, float, float); int main()
{
float x0, y0, z0, h;
float k1, k2, k3, k4, l1,l2,l3,l4; int m, j;
printf("Digite o valor do x inicial: \n"); scanf("%f",&x0);
printf("Digite o valor do y inicial: \n"); scanf("%f",&y0);
printf("Digite o valor do z inicial: \n"); scanf("%f",&z0);
printf("Digite o valor do espaçamento h: \n"); scanf("%f",&h);
printf("Digite o numero de subintervalos m: \n"); scanf("%d",&m);
float *x, *y, *z;
x = (float*) malloc (m+1 * sizeof(float)); //alocação dinâmica de memória y = (float*) malloc (m+1 * sizeof(float));
z = (float*) malloc (m+1 * sizeof(float));
x[0] = x0; y[0] = y0; z[0] = z0; for(j=0;j<m;j++) { k1 = dy(x[j], y[j], z[j]); l1 = dz(x[j], y[j], z[j]); k2 = dy(x[j]+h/2, y[j]+(h/2*k1), z[j]+(h/2*l1)); l2 = dz(x[j]+h/2, y[j]+(h/2*k1), z[j]+(h/2*l1)); k3 = dy(x[j]+h/2, y[j]+(h/2*k2), z[j]+(h/2*l2)); l3 = dz(x[j]+h/2, y[j]+(h/2*k2), z[j]+(h/2*l2));
k4 = dy(x[j]+h, y[j]+h*k3, z[j]+h*l3); l4 = dz(x[j]+h, y[j]+h*k3, z[j]+h*l3); x[j+1] = x[j] + h; y[j+1] = y[j] + (h/6)*(k1 + 2*k2 + 2*k3 + k4); z[j+1] = z[j] + (h/6)*(l1 + 2*l2 + 2*l3 + l4); }
printf("Os valores de x, y e z sao:\n"); for(j=0;j<=m;j++)
printf("%f, %f, %f; \n",x[j], y[j], z[j]); return(0);
}
/******** DECLARAÇÕES DAS FUNÇÕES ********/ float dz(float x, float y, float z)
{
return( 1/M*(Pm – Pe * sin(y) ) ); //M: momento de inércia }
float dy(float x, float y, float z) {
return( z ); }
ANEXO 1
Índice de Estilos de Aprendizagem (ILS)
Este instrumento investigativo desenvolvido por FELDER e SOLOMAN (2006), tem por objetivo identificar as preferências de aprendizagem através de um questionário composto por 44 questões, sendo 11 direcionadas a cada uma das quatro dimensões já definidas: Percepção, Entrada, Processamento e Entendimento. O ILS pode ser utilizado gratuitamente para propósitos não-comerciais por indivíduos que desejam determinar seu estilo de aprendizagem e por educadores no ensino e pesquisa, podendo também ser respondido eletronicamente via Internet no endereço: http://www.engr.ncsu.edu/learningstyles/ilsweb.html>.
Questionário
Faça um círculo ao redor da letra “a” ou “b” para indicar sua resposta a cada uma das questões. Assinale apenas uma alternativa para cada questão. Se as duas alternativas se aplicam a você, escolha aquela que é mais freqüente.
1. Eu compreendo melhor alguma coisa depois de: a. Experimentar.
b. Refletir sobre ela.
2. Eu me considero: a. Realista b. Inovador(a)
3. Quando eu penso sobre o que fiz ontem, é mais provável que aflorem: a. Figuras
4. Eu tendo a:
a. Compreender os detalhes de um assunto, ms a estrutura geral pode ficar imprecisa.
b. Compreender a estrutura geral de um assunto, mas os detalhes podem ficar imprecisos.
5. Quando estou aprendendo algum assunto novo, me ajuda: a. Falar sobre ele.
b. Refletir sobre ele.
6. Se eu fosse um professor, eu preferiria ensinar uma disciplina: a. Que trate com fatos e situações reais.
b. Que trate com idéias e teorias.
7. Eu prefiro obter novas informações através de: a. Figuras, diagramas, gráficos ou mapas. b. Instruções escritas ou informações verbais.
8. Quando eu compreendo:
a. Todas as partes, consigo entender o todo.
b. O todo, consigo ver como as partes se encaixam.
9. Em um grupo de estudo, trabalhando um material difícil, eu provavelmente: a. Tomo a iniciativa e contribuo com idéias.
10. Acho mais fácil: a. Aprender fatos. b. Aprender conceitos.
11. Em um livro, com uma porção de figuras e desenhos, eu provavelmente: a. Observo as figuras e desenhos cuidadosamente.
b. Atento para o texto escrito.
12. Quando resolvo problemas de matemática, eu:
a. Usualmente trabalho de maneira a resolver uma etapa de cada vez.
b. Freqüentemente antevejo as soluções, mas tenho que me esforçar muito para conceber as etapas para chegar a elas.
13. Nas disciplinas que cursei eu:
a. Em geral fiz amizade com muitos dos colegas. b. Raramente fiz amizade com muito dos colegas.
14. Em literatura de não ficção, eu prefiro:
a. Algo que me ensine fatos novos ou me indique como fazer alguma coisa. b. Algo que me apresente novas idéias para pensar.
15. Eu gosto de professores:
a. Que colocam uma porção de diagramas no quadro. b. Que gastam bastante tempo explicando.
16. Quando estou analisando uma estória ou novela eu:
a. Penso nos incidentes e tento coloca-los junto para identificar os temas.
b. Tenho consciência dos temas quando termino a leitura e então tenho que voltar atrás para encontrar os incidentes que os confirmem.
17. Quando inicio a resolução de um problema para casa, normalmente eu: a. Começo a trabalhar imediatamente na solução.
b. Primeiro tento compreender completamente o problema.
18. Prefiro a idéia do: a. Certo. b. Teórico.
19. Relembro melhor: a. O que vejo. b. O que ouço.
20. É mais importante para mim que o professor:
a. Apresente a matéria em etapas seqüenciais claras.
b. Apresente um quadro geral e relacione a matéria com outros assuntos.
21. Eu prefiro estudar: a. Em grupo. b. Sozinho.
22. Eu costumo ser considerado(a):
a. Cuidadoso(a) com os detalhes do meu trabalho. b. Criativo(a) na maneira de realizar meu trabalho.
23. Quando busco orientação para chegar a um lugar desconhecido, eu prefiro: a. Um mapa.
b. Instruções por escrito.
24. Eu aprendo:
a. Num ritmo bastante regular. Se estudar pesado, eu “chego” lá. b. Em saltos. Fico totalmente confuso(a) por algum tempo, e então,
repentinamente eu tenho um “estalo”.
25. Eu prefiro primeiro:
a. Experimentar as coisas.
b. Pensar sobre como é que eu vou fazer.
26. Quando estou lendo como lazer, eu prefiro escritores que: a. Explicitem claramente o que querem dizer. b. Dizem as coisas de maneira criativa, interessante.
27. Quando vejo um diagrama ou esquema em uma aula, relembro mais facilmente: a. A figura.
28. Quando considero um conjunto de informações, provavelmente eu: a. Presto atenção mais nos detalhes e não percebo o quadro geral. b. Procuro compreender o quadro geral antes de atentar para os detalhes.
29. Relembro mais facilmente: a. Algo que fiz.
b. Algo sobre o que pensei bastante.
30. Quando tenho uma tarefa para executar, eu prefiro: a. Dominar uma maneira para a execução da tarefa. b. Encontrar novas maneiras para a execução da tarefa.
31. Quando alguém está me mostrando dados, eu prefiro: a. Diagramas ou gráficos.
b. Texto sumarizando os resultados.
32. Quando escrevo um texto, eu prefiro trabalhar (pensar a respeito ou escrever): a. A parte inicial do texto e avançar ordenadamente.
b. Diferentes partes do texto e ordená-las depois.
33. Quando tenho que trabalhar em um projeto em grupo, eu prefiro que se faça primeiro: a. Um debate (brainstorming) em grupo, onde todos contribuem com idéias. b. Um brainstorming individual, seguido de reunião do grupo para comparar as
34. Considero um elogio chamar alguém de: a. Sensível.
b. Imaginativo.
35. Das pessoas que conheço em uma festa, provavelmente eu me recordo melhor: a. Da sua aparência.
b. Do que elas disseram sobre si mesmas.
36. Quando estou aprendendo um assunto novo, eu prefiro:
a. Concentrar-me no assunto, aprendendo o máximo possível.
b. Tentar estabelecer conexões entre o assunto e outros com ele relacionados.
37. Mais provavelmente sou considerado(a): a. Expansivo(a)
b. Reservado(a)
38. Prefiro disciplinas que enfatizam: a. Material concreto (fatos, dados). b. Material abstrato (conceitos, teorias).
39. Para entretenimento, eu prefiro: a. Assistir televisão.
40. Alguns professores iniciam suas preleções com um resumo do que irão descobrir. Tais resumos são:
a. De alguma utilidade para mim. b. Muito úteis para mim.
41. A idéia de fazer o trabalho de casa em grupo, com a mesma nota para todos do grupo: a. Me agrada.
b. Não me agrada.
42. Quando estou fazendo cálculos longos:
a. Tendo a repetir todos os passos e conferir meu trabalho cuidadosamente. b. Acho cansativo conferir o meu trabalho e tenho que me esforçar para faze-lo.
43. Tendo a descrever os lugares onde estive:
a. Com facilidade e com bom detalhamento. b. Com dificuldade e sem detalhamento.
44. Quando estou resolvendo problemas em grupo, mais provavelmente eu: a. Penso nas etapas do processo de solução.
E Penso nas possíveis conseqüências, ou sobre aplicação da solução para uma ampla faixa de áreas.
Instruções
1. Coloque “1” nos espaços apropriados na Tabela abaixo (por exemplo, se você respondeu “a” na questão 3, coloque o “1” na coluna “a” da questão 3).